PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 1 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS PARTE 1 2 NOTAS VFPT02AE 2 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS SUMARIO – PARTE 1 1. Introducción 2. Criterios para la Selección de los Variadores de Velocidad 3. Ahorro de energía en bombas y ventiladores con Variadores de Velocidad 4. 5. 3.1 Curvas típicas en bombas y ventiladores 3.2 Desplazamiento de la curva de la bomba en función de la disminución de la velocidad 3.3 Desplazamiento de las curvas de potencia y rendimiento en función de la disminución de la velocidad 3.4 Relaciones básicas para el control de potencia 3.5 Rendimiento de las bombas con Variador Métodos del control de flujo Información necesaria para consulta correcta en el ámbito del ahorro de energía 3 NOTAS VFPT02AE 3 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 1 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo INTRODUCCIÓN 4 NOTAS VFPT02AE 4 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 1. INTRODUCCIÓN 1. Power Electronics ofrece a sus clientes la garantía de una optimización del proceso de producción a través de la aplicación de variadores de velocidad y de arrancadores estáticos en la industria. 2. Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecánico y eléctrico de la empresa. 5 NOTAS VFPT02AE 5 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 2 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD 6 NOTAS VFPT02AE 6 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 2. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD A. Filtros de Entrada [ MOSTRAR ] B. Bobinas de Entrada [ MOSTRAR ] C. Grado de Protección [ MOSTRAR ] D. Temperatura Ambiente [ MOSTRAR ] E. Variadores a Par Constante y Par Variable? [ MOSTRAR ] F. Aplicaciones de los Variadores [ MOSTRAR ] G. Asistencia Técnica [ MOSTRAR ] 7 NOTAS VFPT02AE 7 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS A. FILTROS DE ENTRADA ¿QUÉ ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA? Es un concepto asociado a cualquier equipo electrónico. Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB. Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB . [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 8 NOTAS VFPT02AE 8 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS A. FILTROS DE ENTRADA ¿QUÉ PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR? [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 9 NOTAS VFPT02AE 9 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS A. FILTROS DE ENTRADA FOCOS DE EMISIÓN DE RFI EN UN VARIADOR » Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDAS. » La conducción se puede realizar a través de los CABLES del MOTOR , a través de los CABLES de alimentación y por la tierra [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 10 NOTAS VFPT02AE 10 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS A. FILTROS DE ENTRADA LONGITUD DE CABLES » 40 metros de cable apantallado. Vcc = Ve · 1,41 = 380 · 1,41 = 534 = 500 · 1,41 = 720 = 690 · 1,41 = 972,9 » 150 metros de cable apantallado. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 11 NOTAS VFPT02AE 11 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS B. BOBINAS DE ENTRADA USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIÓN DE ARMÓNICOS » Electrónica de Potencia para serie SD700: 90A – 170A. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 12 NOTAS VFPT02AE 12 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS B. BOBINAS DE ENTRADA USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIÓN DE ARMÓNICOS » Electrónica de Potencia para serie SD700: 210A – 2200A. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 13 NOTAS VFPT02AE 13 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS C. GRADO DE PROTECCIÓN GRADO DE PROTECCIÓN PARA PROTECCIÓN EXTRA » La protección IP54 impide que el polvo o cualquier otra partícula dañe los equipos. » En caso de salpicaduras cerca del motor, estas no dañarán nuestros equipos. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 14 NOTAS VFPT02AE 14 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS D. TEMPERATURA AMBIENTE Corriente de Variador (%) CARACTERÍSTICAS DE SOBRECARGA TÉRMICA DE LA SERIE SD700 Características de Sobrecarga de la Serie SD700 Pico de Sobrecarga durante 1 seg. 200 Sobrecarga durante 60 seg. a 40º Sobrecarga durante 30 seg. a 50º 175 150 Pico de Sobrecarga 1 seg. Intensidad de trabajo a 40º Intensidad de trabajo a 45º Intensidad de trabajo a 50º 125 100 Sobrecarga 30 seg. a 50º Intensidad de trabajo a 40º 75 Intensidad de trabajo a 45º 50 Intensidad de trabajo a 50º 25 0 0 25 50 75 400 Hz [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 15 NOTAS VFPT02AE 15 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS D. TEMPERATURA AMBIENTE TEMPERATURA AMBIENTE Los Variadores de Velocidad de Power Electronics están preparados para resistir las más duras condiciones ambientales de trabajo. PUEDEN RESISTIR HASTA 50º 50ºC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 16 NOTAS VFPT02AE 16 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS E. PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE Temperatura 80ºC PAR VARIABLE 15 kw Temperatura 60ºC DISPARO TÉRMICO (85ºC) DISPARO TÉRMICO (85ºC) SOBRECARGA 1.1In (40ºC) PAR CONSTANTE 11 kw » Competidores Temperatura 70ºC SOBRECARGA 1.5In Temperatura 60ºC (40ºC) PAR VARIABLE 15 kw SOBRECARGA 1.25 In (40ºC) SOBRECARGA 1.5In (50ºC) PAR CONSTANTE 11 kw » Power Electronics [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 17 NOTAS VFPT02AE 17 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS E. PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE MODELO A MODELO B POTENCIA A PAR CONSTANTE POTENCIA A PAR VARIABLE P.V.P 11 15 15 18,5 100 115 [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 18 NOTAS VFPT02AE 18 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS F. APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD CONTROL Los Variadores de Velocidad amplían su campo de regulación ante: Fluctuación de Caudal Control de Presión Control de Temperatura Control de Nivel … APLICACIONES Se pueden considerar diversas aplicaciones: Estaciones de bombeo Grupos de presión Sistemas de riego Altas concentraciones de monóxido de carbono, oxígeno … Aire Acondicionado y Climatización … [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 19 NOTAS VFPT02AE 19 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 3 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 20 NOTAS VFPT02AE 20 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.1 CURVAS TÍPICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES. ALTURA, POTENCIA Y RENDIMIENTO H (m) CAUDAL 21 NOTAS VFPT02AE 21 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.2 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIÓN DE LA DISMINUCIÓN DE LA VELOCIDAD. H nnom 16 14 12 10 8 0.9 n nom 0.8 n nom 0.7 n nom 6 4 2 20 40 60 80 100 120 140 Q (l/s) 22 NOTAS VFPT02AE 22 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.3 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIÓN DE LA DISMINUCIÓN DE LA VELOCIDAD. p Potencia Rendimiento Q 23 NOTAS VFPT02AE 23 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.4 RELACIONES BÁSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA. POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1 r = Densidad (Kg/m³) g = Gravedad (9.81m/s²) H = Altura (m) Q = Caudal (m³/s) ŋ = Rendimiento 24 NOTAS VFPT02AE 24 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.5 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR. 80 N = 1480 RPM 1Xn 30% 50% 60% 70% 70 80% 85% 87% 0.9 X n 60 88% 50 0.8 X n 40 0.7 X n 87% 85% 80% 30 0.6 X n 20 0.5 X n Curvas Rendimiento 0.4 X n 10 Curvas H – Q Curvas de Sistema 0 10 20 30 40 Q caudal m3/min 25 NOTAS VFPT02AE 25 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 4 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) 26 NOTAS VFPT02AE 26 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. Control de Válvulas [ MOSTRAR ] B. Control de By – Pass [ MOSTRAR ] C. Control Marcha – Paro (On / Off) [ MOSTRAR ] D. Variador de Velocidad [ MOSTRAR ] 27 NOTAS VFPT02AE 27 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. CONTROL DE VÁLVULAS. CARACTERÍSTICAS. » Las bombas siempre trabajan a velocidad máxima. » Se reduce la sección transversal del conducto o tubería. » Se incrementa la presión al disminuir el diámetro de paso. » Problemas de calentamiento del fluido. » Cavitación, turbulencias. [ VOLVER A LA LISTA ] 28 NOTAS VFPT02AE 28 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. CONTROL DE VÁLVULAS. GRÁFICO. 80 Altura en m H2O CAUDAL 1Xn Altura Estática 20 metros 70 0.9 X n 60 50 40 30 20 0.8 X n 0.7 X n 0.6 X n 0.5 X n n = 1480 RPM Curvas de Rendimiento Curvas H-Q Curvas de Sistema 0.4 X n 10 0 80% 60% 100% 50% 90% 70% 10 20 50% Caudal 30 100% Caudal 40 Q Caudal m3/min 29 NOTAS VFPT02AE 29 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. CONTROL DE VÁLVULAS. GRÁFICO. AUMENTO ESTRANGULAMIENTO H 3 ALTURA 2 1 PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO Q KW POTENCIA 7 CAUDAL Q 30 NOTAS VFPT02AE 30 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. CONTROL DE BY – PASS. H ALTURA PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS EFECTO BY-PASS Q Curvas de Sistema » Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energía. » La bomba siempre trabaja a su máxima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo. Curvas bomba H – Q POTENCIA Curvas Rendimiento KW Q FLOW [ VOLVER A LA LISTA ] 31 NOTAS VFPT02AE 31 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) C. CONTROL MARCHA – PARO (On / Off). CARACTERÍSTICAS. » Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante. » Provoca estrés mecánico y eléctrico. » No se pueden mantener los parámetros constantes, siempre existe una pequeña o gran variación. » Sobrepresiones durante el arranque. » Golpe de ariete durante los paros. [ VOLVER A LA LISTA ] 32 NOTAS VFPT02AE 32 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. CARACTERÍSTICAS. » Permite mantener constantes aquellos parámetros que deben ser controlados. » Reducción de la potencia absorbida por el motor. » Compensación de la potencia reactiva del motor. » Reducción de los fallos eléctricos y mecánicos. » Reducción del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo. [ VOLVER A LA LISTA ] 33 NOTAS VFPT02AE 33 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. GRÁFICO. 80 Altura en m H2O 1Xn 60 490 kPa Altura estática 20 metros 70 637 kPa 0.9 X n 50 0.8 X n 0.7 X n 40 PID REFERENCIA 30 0.6 X n 20 0.5 X n 10 0 n = 1480 RPM Curvas Rendimiento Curvas H – P 0.4 X n Curvas de Sistema 0 10 20 30 40 Q Caudal m3/min 1400 RPM 34 NOTAS VFPT02AE 34 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. TABLA. H ALTURA PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA 8 DISMINUCIÓN DE VELOCIDAD 9 Q 7 POTENCIA KW 8 9 Q CAUDAL 35 NOTAS VFPT02AE 35 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. DESPILFARRO DE ENERGÍA. ALTURA SISTEMA DE VÁLVULAS VARIADOR DE VELOCIDAD PÉRDIDAS DE POTENCIA POTENCIA DESPERDICIADA ALTURA ESTÁTICA POTENCIA ÚTIL VELOCIDAD REDUCIDA 36 NOTAS VFPT02AE 36 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA. POTENCIA (%) A: Control usando Variador de Velocidad. B: Control por ajuste de válvula o compuerta. CAUDAL (%) 37 NOTAS VFPT02AE 37 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS. VERANO INVIERNO 38 NOTAS VFPT02AE 38 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 5 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGÍA 39 NOTAS VFPT02AE 39 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 5. INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGÍA ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTES A. Tipo de control B. Curvas de altura y caudal del sistema DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADOR A. Curvas de rendimiento del bombas y ventiladores B. Potencia del ventilador o bomba C. Curvas de motor INFORMACIÓN DEL PROCESO A. Densidad del fluido o gas B. Flujos y ciclos de trabajo requeridos C. Valores de altura estática y dinámica 40 NOTAS VFPT02AE 40 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS NOTAS 5. INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGÍA SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIÓN, LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER ÚTILES A. B. C. D. E. CURVAS O CARACTERÍSTICAS ALTURA / CAUDAL DEL SISTEMA FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOS DENSIDAD DEL FLUIDO O GAS VALORES DE LA ALTURA ESTÁTICA Y DINÁMICA POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR INFORMACIÓN MÍNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRÁFICAS) A. FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOS B. POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES) 41 NOTAS VFPT02AE 41 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 2 Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES DE VELOCIDAD & ARRANCADORES PARTE 2 42 NOTAS VFPT02AE 42 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 1 Control de Velocidad en Motores de Inducción INTRODUCCIÓN 43 NOTAS VFPT02AE 43 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES SUMARIO – PARTE 2 1. Introducción 2. Principios de Control de los Motores de Inducción 3. Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla 4. Principios Electrónicos para el Control de Motores A.C. 44 NOTAS VFPT02AE 44 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 1. INTRODUCCIÓN 1. Principios de control de los motores de inducción: variadores de velocidad y arrancadores estáticos 2. Power Electronics, tecnología y experiencia en electrónica de potencia 3. Puntos básicos: - Conocer los principios de los motores de inducción - Funcionamiento del Variador de Velocidad - Funcionamiento del Arrancador - Armónicos en sectores industriales - Compatibilidad electromagnética de los Variadores - Ahorro de energía en bombas y ventiladores - Aplicaciones y control 45 NOTAS VFPT02AE 45 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 2 Control de Velocidad en Motores de Inducción PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN 46 NOTAS VFPT02AE 46 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN MOTORES DE INDUCCIÓN El motor de inducción (asíncrono o de jaula de ardilla), está compuesto de dos partes principales: El ROTOR , fijado a un eje El ESTATOR 47 NOTAS VFPT02AE 47 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN MOTORES DE INDUCCIÓN El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos, formando la denominada jaula de ardilla. 48 NOTAS VFPT02AE 48 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN MOTORES DE INDUCCIÓN Conectándolo a una fuente de alimentación trifásica, en el estátor se genera un campo magnético giratorio (flujo). Esto es debido a: ¾ La disposición física de los devanados del estátor: 3 bobinas separadas 120º físicos. ¾ La corriente en estos devanados está desfasada 120º eléctricos. 49 NOTAS VFPT02AE 49 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN MOTORES DE INDUCCIÓN CAMPO ROTATORIO Las líneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del rótor. Cuando sobre un conductor por el que circula una corriente, actúa un campo magnético, la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotación del rotor. 50 NOTAS VFPT02AE 50 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 3 Control de Velocidad en Motores de Inducción CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA 51 NOTAS VFPT02AE 51 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 3. CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA CONTROL DE VELOCIDAD Un motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constante. Sin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el número de polos del motor y sobre la frecuencia de suministro. suministro RELACIÓN PAR - VELOCIDAD CORRIENTE MOTOR CORRIENTE DE ARRANQUE PAR MOTOR PAR MÁXIMO PAR DE ARRANQUE CORRIENTE EN VACÍO VELOCIDAD MOTOR » Curva Par – Velocidad en un motor de inducción VELOCIDAD MOTOR » Curva Corriente – Velocidad 52 NOTAS VFPT02AE 52 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 3. CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA CONTROL DE VELOCIDAD Método usado por los controladores electrónicos de velocidad Î Variar la frecuencia de alimentación del motor. POR QUÉ VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN DEL MOTOR ES EL MEJOR MÉTODO? ¾ Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades ¾ Se dispone de una variación progresiva de velocidad (sin saltos), que puede ser controlada eléctricamente por señales de 0-10Vdc ó 4-20mA. Esto hace que los Variadores para motores A.C. sean la mejor opción en los procesos de automatización. ¾ El par disponible en el motor es constante, incluso a bajas velocidades. Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga. ¾ Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz. 53 NOTAS VFPT02AE 53 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS 4 Control de Velocidad en Motores de Inducción PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. 54 NOTAS VFPT02AE 54 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. VARIACIÓN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN Evolución de la curva Par – Velocidad cuando varía la frecuencia de alimentación. % DE PAR NOMINAL VELOCIDAD MOTOR » Curva Par – Velocidad 55 NOTAS VFPT02AE 55 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. POR QUÉ V/Hz CONSTANTE? El circuito equivalente por fase puede ser representado como: IR: Corriente “real” que circula por el rotor, generadora de par. Aumenta con la carga del motor. IM: Corriente “imaginaria” que circula por el estator. Responsable del flujo del motor. Conviene que permanezca constante cuando varía la carga. 56 NOTAS VFPT02AE 56 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. POR QUÉ V/Hz CONSTANTE? Corriente imaginaria (Magnetizante) » A plena carga cos φ = Factor Potencia Co rrie IT nte To tal Corriente real (Par) l Co rrie IT nte To ta Corriente real (Par) Diagrama vectorial de la corriente de motor. Corriente imaginaria (Magnetizante) » A media carga La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la carga. Es la corriente magnetizante quien genera el campo magnético en el estátor, afectando a la capacidad del motor de producir par. 57 NOTAS VFPT02AE 57 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. POR QUÉ V/Hz CONSTANTE? Controlando la tensión aplicada al estátor (E1) es posible controlar la corriente de magnetización (IM) y por tanto el flujo. IM = E1 = f = LS = E1 2·π · f ·LS Tensión de Alimentación Frecuencia de Alimentación Inductancia de magnetización del Estátor En un controlador electrónico de la velocidad, la tensión de alimentación del motor debe ser ajustada en proporción a la frecuencia, de forma que la corriente de magnetización permanezca constante. Con el aumento de la velocidad del motor, el deslizamiento (S) disminuye, y la frecuencia relativa también. Entonces el cosφR mejora, la inductancia de pérdidas disminuye, e Ir disminuye. Ir = E2 .S R 2 r + ( X 2 ·S ) 2 58 NOTAS VFPT02AE 58 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. RELACIÓN TENSIÓN – FRECUENCIA EN UN VARIADOR. COMPENSACIÓN DE LA TENSIÓN A VELOCIDADES REDUCIDAS Incremento de tensión. Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras, cargas de elevada inercia, …). 100% TENSIÓN DE SALIDA ÁREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO TENSIÓN DE SALIDA 100% TENSIÓN INICIAL 50Hz FRECUENCIA DE SALIDA » Relación Tensión – Frecuencia en el variador 50Hz FRECUENCIA DE SALIDA » Compensación de tensión a velocidades reducidas 59 NOTAS VFPT02AE 59 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD 60 NOTAS VFPT02AE 60 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. CIRCUITO INVERSOR Formas de onda de salida del puente inversor 61 NOTAS VFPT02AE 61 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIÓN SEMICUADRADA » Tensión de salida (onda casi-rectangular) Corriente Corriente de libre circulación Transistor » Corriente salida de motor 62 NOTAS VFPT02AE 62 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. MODULACIÓN Y FORMAS DE ONDA. TENSIÓN DE SALIDA ONDA PORTADORA ONDA SINUSOIDAL SEÑAL REFERENCIA TRANSISTOR SUPERIOR ON TENSIÓN SALIDA VARIADOR (RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC) TRANSISTOR INFERIOR ON TENSIÓN SALIDA ENTRE FASES PWM » Modulación y formas de onda de la tensión de salida 63 NOTAS VFPT02AE 63 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. MODULACIÓN TENSIÓN DE SALIDA FRECUENCIA NOMINAL – TENSIÓN NOMINAL En la modulación sinusoidal, una señal triangular es comparada con una senoidal. La forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy próxima a la senoidal, con muy poca distorsión. MITAD DE FRECUENCIA – MITAD DE TENSIÓN » Modulación tensión de salida 64 NOTAS VFPT02AE 64 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. MODULACIÓN TENSIÓN DE SALIDA La anchura y el número de huecos son electrónicamente ajustados para reducir la tensión de salida a medida que la frecuencia disminuye. FRECUENCIA NOMINAL – TENSIÓN NOMINAL Nueva técnica: modulació modulación del espacio vectorial Î mejores formas de onda, menos conmutaciones. MITAD DE FRECUENCIA – MITAD DE TENSIÓN » Modulación tensión de salida 65 NOTAS VFPT02AE 65 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. MODULACIÓN DEL ESPACIO VECTORIAL Un sistema de formas de onda senoidales trifásicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores). VA Velocidad de rotación (rev/seg) Î Frecuencia N Posición instantánea Î Estado dentro de un ciclo Longitud del vector Î Amplitud de tensió tensión V C VE » Vectores trifásicos 66 NOTAS VFPT02AE 66 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. VENTAJAS DE LA MODULACIÓN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIÓN SINUSOIDAL 9 Reducido contenido de armónicos en el motor 9 Pequeños pares pulsatorios 9 Frecuencia de modulación constante 9 Mejor uso de la tensión de alimentación 9 Adaptada a la generación de onda mediante microprocesador 67 NOTAS VFPT02AE 67 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE CONMUTACIÓN TIRISTORES Î Semiconductor de potencia con estructura PNPN. Actualmente en desuso. TRANSISTORES BIPOLARES Î Basado en estructura NPN o PNP. TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) Î la última generación; control realizado por tensión, la conmutación se consigue aplicando tensión en el terminal de puerta. Ventajas del IGBT: IGBT • Menor tensión de saturación • Frecuencias de conmutación superiores • Mayor capacidad de sobrecarga • Menor demanda de potencia en el circuito del motor 68 NOTAS VFPT02AE 68 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. CONTROL ELECTRÓNICO Î EL CEREBRO DEL VARIADOR Funcionamiento: Recibe la señal de velocidad requerida. Recibe las órdenes del usuario: paro, marcha … etc. Genera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial. Conmuta los interruptores. Vigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargas. Permite realizar los ajustes necesarios para una aplicación: rampas de aceleración y deceleración, velocidad máxima y mínima, etc. Proporciona el estado de las salidas: corriente en el motor, frecuencia, marcha, arranque, indicación de fallo, etc. 69 NOTAS VFPT02AE 69 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. EQUIPOS MONOFÁSICOS Los motores pequeños se diseñan con bobinados de 230Vac. Variador con entrada trifásica de 400V Î control configurado con la tensión y frecuencia del motor. CABLEADO CONEXIÓN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIÓN PARA MOTOR 400V CONECTAR EN TRIÁNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES Variador con entrada trifásica de 230Vac. » Conexión cableado para motores 230/400V 70 NOTAS VFPT02AE 70 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. Corriente funcionamiento +ve REGENERACIÓN Funcionamiento del motor Funcionamiento generador par Par Motor -ve N2 N1 velocidad +ve 0 Par Generador deslizamiento 2 1 0 -1 71 NOTAS VFPT02AE 71 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. TIPOS DE CARGA. CONSIDERACIONES Antes de elegir la talla del motor y del variador, es necesario comprender las características par – velocidad para cada tipo de carga. Potencia Constante POTENCIA PA R PO TE NC IA 50% 200% Pico de PAR disponible 100% PO TE NC IA PAR Debilitamiento del campo magné magnético PAR Par Constante 100% Par continuo (limitado por la refrigeració refrigeración del motor) 63% 100% » Relación (%) entre par y potencia 200% Velocidad Motor 50Hz 100Hz Velocidad Motor » Pérdida de par debido a la refrigeración del motor 72 NOTAS VFPT02AE 72 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. TIPOS BÁSICOS DE CARGA Carga potencia constante Î El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye. Potencia constante (molinos, tornos) PAR Pico de par Área de disponible funcionamiento Área de funcionamiento intermitente continuo PAR Carga a par constante Î Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras, grúas, prensas de imprenta … etc) Área de funcionamiento intermitente Área de funcionamiento continuo Pico de par disponible Área de funcionamiento intermitente Par continuo Par resistente requerido Par resistente requerido Par continuo » Carga a potencia constante » Carga a par constante 73 NOTAS VFPT02AE 73 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas NOTAS Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. RELACIÓN PAR – VELOCIDAD Pico de par disponible Área de funcionamiento continuo Área de funcionamiento intermitente PAR PAR Pico de par disponible Área de funcionamiento continuo Área de funcionamiento intermitente Par continuo Pa te te n sis r re id uer req o Velocidad » Par proporcional a la Velocidad Pa te n sis r re erid equ te r o Par continuo Velocidad » Par proporcional al cuadrado de la velocidad 74 NOTAS VFPT02AE 74 Gracias por su atención Presentación Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo: Ventajas Control de Velocidad de Motores de Inducción Realizado Pilar Navarro Organizado Departamento de Marketing www.power-electronics.com ©2006 Power Electronics España, S.L.